探析缺口冲裁凸模稳定性

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1、探析缺口冲裁凸模稳定性　　摘要:对于很多冲模来说,冲裁凸模工作时的稳定性对其使用寿命影响很大。凸模的稳定性是指凸模冲裁板料时,保持正常冲裁间隙的能力。如果不能满足一定的稳定性条件,则凸模的弯曲变形和工作(刃口)端的偏移就会使正常冲裁间隙发生过大的变化,刃口局部负荷激增,产生严重磨损或崩刃,细民凸模甚至发生折断。为了保证冲模的正常工作条件和寿命,设计者应对凸模稳定性进行认真考虑。关键词:冲裁凸模;稳定性中图分类号：TU198文献标识码：A文章编号：1、引言由于送材料失误或工件本身的形状及所用的冲压工艺，有时凸模必须在缺口冲裁条件下工作，为了使模具的质量和寿命

2、得到保证，对缺口冲裁凸模的稳定性进行计算和校核是十分必要的。2、缺口冲裁分析5对于封闭轮廓的正常冲裁，仅考虑凸模的轴向冲裁力P，其稳定性只须按压杆稳定公式进行计算和校核即可。但对缺口冲裁，凸模不仅受P的作用，同时还受侧向压力下的作用，而F是随冲裁缺口的大小而变化的，当F增大到一定数值时，将使凸模发生挠曲变形，如图1所示。当凸模工作端无导向支承时，在F的作用下，凸模处于悬臂受力状态，产生挠度f。这时凸模刀口偏移，此时模具磨损加剧。当挠度超过单边冲裁间隙，即f>z时，凸、凹模刀口就会直接接触，导致崩刀。3、缺口冲裁稳定条件分析3.1基本稳定条件分析由以上分析可

3、知，当凸模正常工作时是封闭轮廓冲裁，当发生缺口冲裁是由于送料引起的，即属于偶发性的，且只要求模具寿命中等时，凸模最大挠度fmax不超过单边冲裁间隙，z是其基本稳定条件，即：fmax≤z（1）3.2稳定条件当工件本身形状及所用冲压工艺决定凸模必须在缺口冲裁条件下工作时，或缺口冲裁虽是偶发性的，但对模具寿命要求很高时，凸模高稳定条件是：fmax≤（2）4、缺口冲裁凸模稳定性的计算及校核公式4.1横截面不变的柱状凸模对于横截面不变的柱状凸模，在无导向支承时，在F的作用下，f可按下式计算：f=（3）式中，L—凸模的自由悬长；5I—凸模截面的轴惯性矩（mm4）E—凸

4、模材料的弹性横数，一般模具钢E=2.1×105（Mpa）冲裁时作用于凸模刀口上的水平侧向力大致为垂直冲裁力的1/3，即单位侧压力F；为单位冲裁力Pi的1/3，由于单位冲裁力基本上是均布于冲裁轮廓上的，因此Fi也基本上均布于冲裁轮廓上，由以上分析推出下式：Fi=Pi==T（4）式中：T—工件料厚（mm）—工件材料的剪切强度（Mpa）Fi力系分布在冲裁轮廓平面上，其方向沿轮廓各处的法线方向指向凸模，例如图2a所示：求Fi力系的合力下时，可将缺口两端点A、B连接，使之成为一封闭轮廓，并在AB连线上加上Fi均布力，其合力为，如图2b所示，由于在一个平面上沿封闭轮廓

5、法线方向分布的合力为零，即=，则=－，也即F与大小相等，方向相反。则有F==Fi×S=STf==1.3STL3/9EI（5）按基本稳定条件计算时，设凸模自由长度为L，当缺口长度S达到最大值Smax时有：f≤Z5即1.3SmaxTL13/9EI≤Z→L1≤因Z=mt，所以L1=1.9（6）式中：m——随工件材料及其厚度大而变化，但冲钢板时一般常用的m值为4%～6%。按高稳定条件计算时，设凸模自由长度为L2，则当S达最大值Smax时有：1.3SmaxTL23/9EI≤同样化简整理得L2=1.5（7）4.2圆形直柱凸模圆形直柱凸模的直径就是其最大缺口尺寸Smax

6、，即d=Smax，其惯性矩I=d4/64（㎜4），按基本稳定条件计算时，把I及Smax代入（6）式并化简得：L1≤0.7d（8）按其稳定条件计算时，把I及Smax代入（7）式并化简得：L2≤0.55d（9）4.3矩形横截面的柱状凸模宽为b，厚为h的矩形横截面柱状凸模，其Smax=b，I=，将I和Smax分别代入（6）式和（7）式并化简得：L1≤0.83（10）L2≤0.66（11）5、结束语5通过对缺口冲裁稳定性的探讨，推导出各种形式凸模在缺口冲裁时稳定性的计算和校核公式。利用这些公式对缺口冲裁的稳定性进行快速计算判断，且（10）式、（11）式还说明了矩形

7、截面的柱状凸模冲裁时，L的最大允许值与凸模的厚度h成正比，而与宽度b无关。参考资料（1）《冲压模具结构与设计图解》，[日]太田哲著；（2）《板料冲压加工》，[日]中川威雄著；（3）《材料力学》第二版下册，刘鸿文主编。5